Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса по охране сельскохозяйственных земель от подтопления 10
1.1 Природные факторы, обуславливающие подтопление сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна 10
1.2 Анализ антропогенных факторов, обуславливающих подтопление сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна 13
1.3 Комплекс мероприятий по охране земель от подтопления 15
1.4 Анализ мелиоративных приемов и схем для отвода избыточных вод с сельскохозяйственных земель 24
1.4.1 Обоснование мелиоративных приемов для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления 24
1.4.2 Обоснование схем и конструкций сооружений для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления 28
1.4.3 Оценка пропускной способности водоотводящих трактов и коллекторов сбросной сети 31
2 Методика исследований 36
2.1 Исследование динамики уровней водных объектов северо- западной части Азово-Кубанского бассейна 36
2.2 Методика исследования мелиоративного состояния почво-грунтов 37
2.3 Методика исследования пропускной способности коллекторов 43
2.3.1 Оценка погрешности измерений опытных величин 47
3 Обоснование комплекса мероприятий для улучшения мелиоративного состояния подтопленных сельскохозяйственных земель 52
3.1 Обоснование самотечного отвода паводковых вод в Кирпильский лиман 52
3.1.1 Мониторинг насосной станции № 7 и уровней Кирпильского лимана 56
3.2 Обоснование конструкции шлюза- регулятора для пропуска паводковых вод 65
3.3 Натурные исследования гидравлических параметров коллектора ГВК 68
3.3.1 Исследование пропускной способности коллектора 68
3.3.2 Исследование коэффициентов гидравлического трения и шероховатости коллектора 75
4 Оценка мелиоративного состояния периодически подтопляемых сельскохозяйственных земель 81
4.1 Исследование мелиоративного состояния сельскохозяйственных земель и режима грунтовых вод 81
4.2 Оценка влияния рисовой оросительной системы на мелиоративное состояние сельскохозяйственных земель 85
4.2.1 Анализ факторов, формирующих положение УГВ на рисовом орошаемом участке 86
4.3 Исследование мелиоративного состояния почво-грунтов сельскохозяйственных земель в районе НС №7 95
4.4 Обоснование мелиорации по отводу дренажного стока с периодически подтопляемых сельскохозяйственных земель 104
5 Обоснование концепции и комплекса мероприятий для охраны от подтопления сельскохозяйственных земель 108
5.1 Обоснование концепции охраны от подтопления сельскохозяйственных земель 108
5.1.1 Обоснование первого этапа охраны от подтопления сельскохозяйственных земель Краснодарского края 109
5.1.2 Обоснование второго этапа охраны от подтопления сельскохозяйственных земель Краснодарского края 110
5.2 Обоснование комплекса мероприятий для охраны от подтопления сельскохозяйственных земель Калининского района 111
5.3 Разработка комплекса мероприятий по отводу поверхностного и дренажного стока с сельскохозяйственных земель 114
5.3.1 Разработка комплекса мероприятий по отводу поверхностного и дренажного стока ПТКі 114
5.3.1.1 Разработка способа для отвода избыточных вод из замкнутых понижений 117
5.3.2 Разработка комплекса мероприятий по отводу поверхностного и дренажного стока ПТК2 122
5.4 Экономическая эффективность комплекса мероприятий на ЗОС-2 Калининского района Краснодарского края 125
Общие выводы 130
Предложения производству 132
Литература 133
Приложения 145
- Анализ антропогенных факторов, обуславливающих подтопление сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна
- Методика исследования мелиоративного состояния почво-грунтов
- Обоснование конструкции шлюза- регулятора для пропуска паводковых вод
- Оценка влияния рисовой оросительной системы на мелиоративное состояние сельскохозяйственных земель
Введение к работе
Актуальность проблемы. Подтопление территорий при чрезвычайных ситуациях, вызванных природными и антропогенными факторами при неудовлетворительном управлении поверхностным и дренажным стоком, негативно отражается на социально экономической обстановке Азово-кубанского бассейна. Главным природным ресурсом территории в удовлетворении населения продуктами питания являются сельскохозяйственные земли. Одна из основных проблем развития сельскохозяйственной отрасли это - охрана плодородных земель, в том числе, и от подтопления. На сельскохозяйственных землях, которые испытывают периодическое подтопление, и переувлажнение в среднем теряется до 30 % урожая. Земли теряют плодородие, деградируют, что в конечном итоге отражается в недоборе урожая или они списываются как не пригодные для возделывания сельскохозяйственных культур.
В Краснодарском крае в результате воздействия природных и антропогенных факторов в 1998 г. было выявлено, а затем изъято из оборота 550 тыс. га сельскохозяйственных угодий, что составило 11 % от общей площади, на которой ведется сельскохозяйственное производство.
Одной из важных проблем региона является предупреждение и ликвидация подтопления сельскохозяйственных земель, как во время сброса вод с рисовых систем и пропуска паводковых вод по главным коллекторам, так и во время чрезвычайных ситуаций, вызванных выпадением осадков на территории Азово - Кубанского бассейна.
Применение комплекса мероприятий для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления является одной из актуальных проблем агропромышленного комплекса Кубани, решение которой позволит остановить деградацию плодородных почв и повысить урожай возделываемых культур на этих землях.
Изложенный в настоящей работе материал посвящен исследованию указанной проблемы и является итогом научно-исследовательской работы автора,
которая выполнялась 2001-2004 гг. в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Кубанского ГАУ. Актуальность темы подтверждена проведением исследований в рамках госбюджетной тематики № 1200113465, тема №9 «Геосистемный мониторинг, охрана вод и водных объектов, мелиорация земель бассейнов рек и ресурсосберегающие технологии воспроизводства плодородия почв».
Цель работы - обоснование комплекса мероприятий для охраны от подтопления сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна.
Предмет исследования - закономерности и связи между водоприемниками и сельскохозяйственными землями, природными и антропогенными факторами.
Задачи исследований:
мониторинг уровня и солевого режима грунтовых вод путем создания сети наблюдательных скважин на подтопляемых сельскохозяйственных землях Азово-Кубанского бассейна;
мониторинг уровней в главных коллекторах рисовых оросительных систем, аванкамере, напорном бассейне сбросной насосной станции № 7 и Кир-пильском лимане;
исследовать мелиоративную сеть коллекторов и дать оценку их пропускной способности;
обосновать применение комплекса мероприятий для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления;
разработать концепцию охраны от подтопления сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна.
Методика и объект исследований. В соответствии с программой проводимых работ, методикой предусматривалось проведение натурных экспериментов, с использованием апробированных методов и средств измерений. Результаты измерений обрабатывались на ПК по стандартным программам. Применение апробированных методов определяет достоверность исследований.
Натурные эксперименты проводились на сельскохозяйственных землях, коллекторно-дренажной сети сбросных каналов, Кирпильском лимане Азово-Кубанского бассейна.
Научная новизна работы:
обосновано районирование территории по условиям и причинам, ведущим к подтоплению сельскохозяйственных земель;
установлены гидравлические связи уровня Кирпильского лимана с грунтовыми минерализованными напорными водами;
получены зависимости для коэффициентов гидравлического трения и шероховатости при пропуске паводковых и сбросных вод по главному водоотво-дящему коллектору ГВК;
разработан способ осушения замкнутых понижений, направленный на поддержание оптимального водно-воздушного режима почв;
обоснован диапазон колебания уровня в Кирпильском лимане для реализации комплексной схемы отвода паводковых и сбросных вод с подтопляемых сельскохозяйственных земель.
Практическую ценность работы представляют комплекс мероприятий по охране сельскохозяйственных земель от подтопления и агромелиоративные приемы по предупреждению и ликвидации подтопления сельскохозяйственных земель. Рекомендации по регулированию пропуска сбросных и паводковых вод во время чрезвычайных ситуаций, связанных с подтоплением сельскохозяйственных земель. Сеть наблюдательных скважин для мониторинга уровня грунтовых вод и прогноза подтопления сельскохозяйственных земель. Земельно-охранная схема для защиты сельскохозяйственных угодий Калининского района от подтопления.
На защиту выносятся:
- районирование территории Азово-Кубанского бассейна для обоснования
концепции охраны от подтопления сельскохозяйственных земель;
результаты натурных исследований по мониторингу уровней Кирпиль-ского лимана, главных коллекторов МОК, СК-1, К-10, ГВК и грунтовых вод с целью охраны сельскохозяйственных земель от подтопления;
зависимости для определения коэффициентов гидравлического трения и шероховатости при пропуске паводковых и сбросных вод по ГВК;
комплекс мероприятий для охраны от подтопления сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна.
Реализация результатов исследований. Рекомендации по комплексу мероприятий для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления рассмотрены на НТС Департамента сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края и предложены к внедрению на территории Азово-Кубанского бассейна. В соответствие с рекомендациями разработаны схемы для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления, которые применяются в Калининском районе Краснодарского края.
Результаты исследований использованы:
Департаментом сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края при экспертизе проектов по мелиорации и охране от подтопления и переувлажнения сельскохозяйственных земель Азово - Кубанского бассейна;
ОАО «Кубаньводпроект» для обоснования и принятия технических решений в проектах охраны сельскохозяйственных земель по отводу избыточных вод с подтопляемых территорий.
в Калининском районе Краснодарского края для отвода избыточных вод с периодически подтопляемых сельскохозяйственных земель при возделывании озимых культур.
Личный вклад автора. Соискатель принимал непосредственное участие в разработке программы и меток исследований, проведении натурных экспериментов на коллекторах, НС № 7 и Кирпильском лимане, по оценке мелиоративного состояния подтопляемых сельскохозяйственных земель.
В ходе научных исследований автором были установлены гидравлическая связь колебания уровня лимана с УГВ, положение водоупора, определяющего мелиоративное состояние земель, параметры коэффициентов гидравлического трения и шероховатости для расчета расходов при пропуске паводковых вод по коллекторам в условиях Азово-Кубанского бассейна.
Автором обосновано районирование территории по условиям и причинам, ведущим к подтоплению сельскохозяйственных земель. Разработан комплекс мероприятий для охраны от подтопления сельскохозяйственных земель, способ осушения замкнутых понижений полей.
Апробация работы. Основные положения и материалы исследований докладывались и обсуждались: в районном управлении сельского хозяйства Павловского района Краснодарского края (1994-97 гг.); научно-технических совещаниях ведущих специалистов и ученых в Департаменте сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края (2003-04 гг.); научно-практической конференции КГАУ (г. Краснодар, 2005 г), Международной научно-практической конференции МСХ РФ (г. Москва, 2005 г.) и научно-практической конференции ВСХА (г. Волгоград, 2005 г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 7 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения , 5 разделов, общих выводов, рекомендаций производству, списка использованных источников, включающего 128 наименований, из них 4 на иностранных языках.
Основная часть диссертации содержит 149 страниц машинописного текста, включая 33 рисунка и 7 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Е.В. Кузнецову за постоянную помощь и участие в проведении исследований.
Анализ антропогенных факторов, обуславливающих подтопление сельскохозяйственных земель Азово-Кубанского бассейна
К антропогенным факторам, влияющими на подтопление сельскохозяйственных земель, следует отнести: возведение перегораживающих сооружений на больших и малых реках; строительство трубчатых переездов и мостов через водные преграды; строительство авто- и железных дорог без водопропускных сооружений; закладку лесополос без продуманной схемы отвода избыточных вод с полей; распашку полей на водоохранных зонах; экстенсивное ведение сельского хозяйства на плодородных почвах.
За последние годы сельскохозяйственное производство края столкнулось с проблемой, связанной с масштабным подтоплением и переувлажнением. В Краснодарском крае в 1997 и 1998 г.г. выявлено около 550 тыс. тыс. подтопленных и переувлажненных сельскохозяйственных земель /112, 115/. При прохождении паводков происходит подъем уровня в реках, это приводит к подъему уровня на 2-3 м и влечет за собой подтопление значительных территорий и населенных пунктов. Избыточная вода скапливается в пониженных местах рельефа, создаются временные водоемы на сельскохозяйственных угодьях площадью 100-300 га. Образование вымочек почв отмечалось в Ейском районе /21, 113, 117/. Данное явление продолжает прогрессировать на территории Краснодарского края. Динамика увеличения площадей подтопленных и переувлажненных земель говорит о значительной деградации плодородных сельскохозяйственных земель /115/. В таблице 1.1 представлена динамика распространения подтопленных и переувлаажненных земель по территории Краснодарского края для Азово-Кубанкого бассейна.
Как видно из таблицы 1.1, во всех рассмотренных районах края произошло значительное увеличение площадей подтопленных и переувлажненных сельскохозяйственных земель. Исключение составляет Каневской район, где были проведены комплексные мелиорации, направленные на охрану сельскохозяйственных земель от подтопления. Следует отметить, что особенно подвержены подтоплению сельскохозяйственные земли Калининского и Брюховецкого районов. В Павловском районе площади подтопленных сельскохозяйственных земель увеличились в 3,4 раза.
Значительной угрозе подтопления подвержены сельскохозяйственные земли в результате сочетания одновременно двух основных факторов: природных и антропогенных. На территории Краснодарского края в 1997-98 г.г. в осенне-зимний период произошло значительное выпадение осадков в виде снега, переходящих в затяжные дожди. В результате природного рядового явления русла рек, водопропускные сооружения под дорогами не справились с паводковыми расходами. Обстановка обострилась в связи с удлинением пути прохождения паводка за счет нерасчищенных русел рек от наносов, лесополос, кустарников и деревьев, которые создавали дополнительный подпор паводковым водам. В таблице 1.2 дан анализ воздействия факторов, повлиявших на подтопление и переувлажнение сельскохозяйственных земель.
Как видно из представленных данных в таблице 1.2, антропогенные факторы обуславливают негативную обстановку на сельскохозяйственных землях, где подпор воды дорогами и лесополосами оказывают существенное влияние на сельскохозяйственное производство. В Павловском районе существенное распространение подтопления вызвано балочными понижениями.
Подтопление сельскохозяйственных земель расширило границы деградированных почв степных районов Азово-Кубанского бассейна. Охрана земель от подтопления основывается на комплексных мелиорациях земель. Значительный вклад в изучение вопросов осушения и переувлажнения почво-грунтов внесли ученые А.Н. Костяков /60/, Б.А. Шумаков, Б.Б. Шумаков /122/, А.И. Голованов/26/, И.П. Айдаров /3/, Ю.П. Поляков /92/, В.А. Попов /96/, И.Д. Черниченко /112/, Е.В. Кузнецов /68/ и др.
В последнее время появилось немало работ, посвященных проблеме сохранения почвенного потенциала сельскохозяйственных земель. В этом направлении имеются труды ученых И.Д. Черниченко и В.Д. Жукова /112/, Е.В. Кузнецова /100/, Н.С. Котлярова и Ю.А. Штомпеля и др. /119, 120/, Г.В. Шевченко /67, 113/ и др. /68, 69, 70, 72, 85 /.
Ученые /25, 42, 47, 50, 65, 98/ считают, что проблема восстановления почвенного плодородия должна решаться путем мелиорации земель, где в сочетании с дренажем необходимо применять глубокие осушительные каналы. В качестве дренажа рекомендуют применять кротовый и щелевой дренаж /40, 75, 62,105, 106, 107, 109 и др./.
И.Д. Черниченко, Е.В. Кузнецов, В.П. Суетов, Г.В.Шевченко предлагают комплексный и мелиоративный подход к проблеме восстановления деградированных почв от подтопления и переувлажнения сельскохозяйственных земель, в котором должны сочетаться агромелиоративные приемы с гидротехническими мелиорациями. Ученые отмечают, что первым условием мелиорации переувлажненных земель является обустройство главных водоотводящих трактов (осушительных каналов) /99, 100/. Ко второму условию мелиорации переувлажненных земель относят региональные и локальные мелиорации /66/.
При наличии всех составляющих природных и антропогенных факторов, ведущих к переувлажнению земель, деятельность человека прямо или косвенно направляется на регулирование водного баланса на агроландшафте и становится главным пусковым механизмом локальной концентрации воды в отдельных понижениях рельефа. Такая деятельность приводит к возникновению локального подтопления и переувлажнения территории /118, 121, 124/. В этих случаях ученые предлагают локальные мелиорации переувлажненных земель.
Формирование подтопленных и переувлажненных сельскохозяйственных земель связано с водным режимом почво-грунтов и определяется явлением поступления влаги в почву, её передвижением, накоплением в различной её форме, то есть трансформацией. Количественная оценка воздействия почвенной влаги и её механизмы взаимодействия с почвенными агрегатами, влияния на физико-химические процессы, структуру и агрегатный состав, физико-механические свойства широко рассмотрены учеными /6, 11, 16, 22, 41, 46, 91, 101-103/и др.
Для водного режима почво-грунтов с точки зрения подтопления и влияния антропогенных факторов на выбор методов охраны сельскохозяйственных земель от переувлажнения важен коэффициент увлажнения территории /18/. Г.Н. Высоцкий /24/ предложил использовать для оценки переувлажнения территорий коэффициент увлажнения К у где О с - среднемноголетнее годовое количество осадков, мм; Е о - среднемноголетнее годовое испарение с водной поверхности, мм. Как видно из формулы (1.1), при К у=1 наблюдается переувлажнение территории или заболачивание почв. И при К у 1 будет иметь место промывной режим почв, если их скважность достаточна высока при своевременном оттоке грунтовых вод с территории. B.C. Мезенцев, Г.В. Белоненко /81/ предлагают коэффициент увлажнения определять соотношением количества тепла и количества влаги. Из этого следует, что в некоторых случаях при разработке приемов охраны сельскохозяйственных земель от подтопления их следует проводить с помощью комплексных мелиорации с учетом энергетического фактора. При подтоплении земель, как отмечают ученые Б.С. Маслов /77, 78/, Д.М. Кац /46/, В.Е. Алексеевский 111, Л. А. Аронова и др. /8/, Б.П. Кровопусков /64/, Л.И. Кальчинский и др. /45/, К.П. Терещенко /108/ и др., развиваются неблагоприятные процессы в почвах, растения угнетаются и гибнут. Несущая способность грунта нарушается, водно-воздушный режим почв изменяется в худшую сторону. Наступает процесс деградации почв /100/. Б.С. Маслов /78/ считает, что основной задачей осушительных мелиорации в гумидной зоне является преобразование естественного неблагоприятного режима переувлажненных земель в оптимальный, который обеспечит повышение плодородия почв.
Методика исследования мелиоративного состояния почво-грунтов
Одним из ведущих факторов снижения почвенного плодородия на территории Азово-Кубанского массива является подтопление плодородных земель. Для проведения исследований требовалось выбрать наиболее типичный участок агроландшафта (геосистемы), имеющий потенциальную возможность подтопления в случае работы системы самотечного водоотвода (самотечного коллектора СК-1), минуя насосную станцию НС №7.
К типичной северо-западной части территории Азово-Кубанского бассейна можно отнести Калининский и Приморско-Ахтарский районы. На данной территории находятся типичные черноземные почвы Кубанской низменности, подверженные подтоплению и переувлажнению под действием естественных и антропогенных факторов. Для оценки влияния факторов была выбрана площадь сельскохозяйственных земель размером 3867. га. На сельскохозяйственных землях размещались рисовые системы и богарные земли 3 хозяйств, подверженные подтоплению как со стороны главного водоприемника Кирпильского лимана Азово-Кубанского бассейна, так и со стороны главных коллекторов и НС №7.
Мелиоративное состояние почво-грунтов на исследуемой территории определялось по режиму динамики УГВ. Исследования по динамике УГВ выполнялись с целью выявления связи Кирпильского лимана с прилегающими сельскохозяйственными землями. Необходимо было установить, влияет ли уровень лимана на солевой режим грунтовых вод и на уровень главных осушительных каналов. А так же определить, обуславливает ли уровень лимана подтопление сельскохозяйственных земель, и обосновать способы комплексных мелиорации для отвода поверхностного и дренажного стока с территорий, подверженных подтоплению.
Для оценки динамики УГВ на территории исследуемого массива было пробурено 24 наблюдательных скважины на глубину 2,0 - 2,5 м. Створы буровых скважин выбирались таким образом, чтобы можно было оценить изменение мелиоративного состояния почв на сельскохозяйственных угодьях, подверженных подтоплению. При устройстве скважин учитывалась близость расположения коллектора СК - 1 для обеспечения самотечного отвода паводков и сбросных вод РОС от исследуемого массива.
Скважины № 1-5 были пробурены вдоль осушительного канала К-10 по левой его стороне и у самотечного коллектора СК-1 в непосредственной близо сти от лимана (рисунок 2.1). Это давало возможность оценить влияние уровня лимана на подтопление сельскохозяйственных угодий и работу К-10 по отсечке фильтрационного потока из лимана на подтопляемую территорию.
Скважины № 6-16 располагались в створах, позволяющих установить влияние уровня ГВ на подтопление сельскохозяйственных земель в вегетационный период (рисунок 2.1). Скважины были пробурены по направлению оросителя Р-1. Створ начинался от главного осушительного канала К-10 (скв. № 6), пересекал МПК и заканчивался у МОК. Отметки устьев скважин изменялись от — 0,05 до + 2,90 м относительно уровня Азовского моря. Скважины располагались как на рисовой системе, так и на богаре. Ситуационный план представлен на рисунке 2.2. Расстояния между скважинами представлены на ситуацион ном плане. Выбор скважин в створе был обусловлен из следующих предпосылок. Во-первых, данная территория подвержена подтоплению. Во-вторых, створ располагался таким образом, чтобы установить влияние лимана на подтопление сельскохозяйственных земель. Скважина № 6 располагалась в 2,2 км от уреза лима на, и далее створ был направлен от лимана в сторону станицы Новониколаевской (створ нанесен на карте Калининского р-на в масштабе 1:100000, см. приложение 1).
Скважины 17-24 были пробурены на расстоянии 200 и 300 м друг от друга (рисунок 2.3) для установления связи уровня напорного бассейна НС № 7 с уровнем осушительного канала К-10 и УГВ на прилегающей территории. Для этого в устье канала К-10 была возведена перемычка перед НС № 7, которая предотвращала попадание воды из МОК в К-10. Канал К-10 был осушен в течение вегетационного периода. Это давало возможность изучить влияние фильтрационных вод со стороны отводящей части ДГК и НС № 7 на подтопление прилегающих земель, а так же установить работает ли НС № 7 «сама на себя». Динамика уровней ГВ оценивалась подекадно. Каждый замер уровня в скважинах выполнялся в трехкратной повторности по водомерной рейке с точностью ± 1 мм.
При бурении скважин определялось геологическое строение почво-грунтов массива, РН, минерализация и влажность по глубине. Оценка влажности и РН образцов почво-грунтов производились по всей глубине через каждые 0,1 м. Влажность измерялась электронным влагомером ВИМС-1У класса точности 0,4. Кислотность и щелочность почв определялись электронным РН прибором класса точности 0,4. Измерения проводились в трех кратной повторности во избежание случайных ошибок натурного эксперимента. Солевой состав почво-грунтов и минерализация грунтовых вод определялись по общепринятым методикам О.А. Алекина /4, 5/.
Обоснование конструкции шлюза- регулятора для пропуска паводковых вод
Для решения поставленной задачи по отводу паводковых вод самотеком во время чрезвычайной ситуации, связанной с быстрым нарастанием уровней в коллекторах, необходимо устройство гидротехнического сооружения шлюза-регулятора в месте примыкания СК-1 к коллектору К-10 на пикете ПК 37+30 (рисунок 2.1). Во время высоких уровней паводковых вод и максимальных расходов, превышающих производительность НС №7, сооружение должно пропускать воду напрямую в Кирпильский лиман. При этом паводковая вода будет самотеком поступать в лиман через СК-1. Когда отметки уровня в лимане достигнут критической - 0,8 м, сооружение разобщит уровни лимана и коллектора К-10. Паводковая вода по сети коллек » торов будет направляться в аванкамеру НС №7 и машинным подъемом отво дится через ДГК в лиман. Следовательно, такая схема позволит во время чрезвычайных ситуаций пропускать паводковые воды с территории Азово-Кубанского бассейна в Кир пильский лиман, а также экономить энергоресурсы путем временного выклю # чения из работы НС №7 или снижения её мощности путем выключения отдель ных насосных агрегатов и предотвратить аварийную ситуацию на насосной станции, когда максимальные расходы больше её установленной мощности. Для пропуска паводковых вод самотеком в СК-1 нами разработан узел со оружений (рисунок 3.9), в состав которого входит шлюз-регулятор. Для снижения размыва русла коллектора К-10 предусмотрено сопряжение потоков под углом а, которое обеспечивает плавный вход потока коллектора МОК-К-10 в русло К-10. По руслу МОК-К-10 проходит максимальный расход 31 м3/с, а по К-10 - 29 м3/с. После слияния потоков суммарный расход попадает в аванкамеру, которая является верхним бьефом шлюза. Ширина по дну МОК К-10 составляет 15 м, а К-10 - 12 м. Аванкамеру шлюза проектируем из усло вия создания подпора, который при полностью открытых затворах сооружения обеспечивал бы пропуск паводкового расхода 60 м3/с. Ширина по дну СК-1 составляет 35 м. Принимая скорость потока в аванкамере шлюза 0,6 м/с и глубину 3,5 м, из условия не допущения размыва русла, находим ширину аванкамеры по дну с учетом коэффициента заложения откоса 1,5.
Ширина аванкамеры по дну составила 20 м. Длина аванкамеры принимается из условия выравнивания эпюры скоростей слившихся потоков. Согласно выполненным исследованиям /31/ длина принимается равной 6В (где В - ширина аванкамеры). Следовательно, длина аванкамеры будет равна 120 м. Ширину водопропускной части шлюза получаем из формулы истечения жидкости через водослив с широким порогом где Q - расход шлюза; т - коэффициент расхода; с - коэффициент подтопления; є — коэффициент бокового сжатия потока; Ъ - ширина водосливного отверстия; Я о - напор на водосливе. Высоту порога водослива принимаем Р = 3,5 - 3,1 = 0,4 м. Следовательно, напор на водосливе будет 3,1 м. С учетом скорости подхода он составит 3,12 м. Для данной конструкции шлюза коэффициент расхода будет равен 0,34. Ширина водосливного фронта шлюза с учетом подтопления и бокового сжатия будет 15 м. Принимаем 4 водосливных отверстия, ширина каждого из отверстий с учетом дополнительного бокового сжатия будет 4,0 м.
Водосливные отверстия разделяем между собой 3 быками шириной по 1,3 м. Общая ширина шлюза - регулятора, таким образом, составит 20 м и будет равна ширине аванкамеры, что обеспечит плавный вход потока из аванкамеры на водосливную часть шлюза. Шлюз-регулятор будет обеспечивать устойчивое развитие прилегающих территорий Азово-Кубанского бассейна и выполнение комплексных мелиорации по охране сельскохозяйственных земель от подтопления. Существует проблема отвода паводковых и сбросных вод из Кирпильско-го лимана в Ахтарский залив Азовского моря. Головной водосбросной коллектор (ГВК) соединяет Ахтарский залив с Кирпильским лиманом. Он транспортирует паводковые и сбросные воды с Азово-Кубанского бассейна в Азовское море. В вегетационный период риса коллектор не обеспечивает полный сброс поступающего расхода с рисовых оросительных систем, и поэтому уровень в лимане повышается до 0,8 м. Необходимо было установить, какие причины обуславливают эту закономерность. Поэтому предметом исследований являлось изучение пропускной способности русла головного водосбросного коллектора во время вегетации риса. Имеется вариант отвода паводковых и сбросных вод из лимана по новой трассе длинной 17,4 км, предложенный ОАО «Кубаньводпроект». Этот вариант предусматривает строительство новых регулирующих гидротехнических сооружений и дополнительное использование протоков (малые каналы) дельты лимана. Недостаток данного варианта будет проявляться в повышении уровня Кир-пильского лимана, что не недопустимо в сложившихся естественных условиях. По другому варианту предлагается повышенный расход по ГВК компенсировать «естественной шероховатостью русла канала и проток». Но нами установлено, что не имеется данных по пропускной способности ГВК и коэффициентам шероховатости и сопротивления заросших русел коллекторов в условиях Азово-Кубанского бассейна. Поэтому возникла проблема обоснования эффективности проектных решений АОА «Кубаньводпроект» на ГВК. Предметом натурных исследований были уровни, скорости и расходы по трассе ГВК, которые определяют его пропускную способность. Для определения кривой свободной поверхности использовали параметры: размеры поперечного сечения русла ГВК на характерных участках коллектора; отметки уровня Ахтарского залива; отметки уровня Кирпильского лимана; состояние смоченного периметра ГВК и уклон дна русла. Нами были выполнены натурные исследования по пропускной способности русла ГВК. Геометрические параметры русла на пикетах от ПК5 до ПК 150 по трассе канала приведены таблице 3.2. Как видно из таблицы 3.2, русло ГВК имеет пологие откосы с коэффициентом заложения равным 3 (т = 3). Ширина канала по дну изменялась от 36 до 73 м. Длины участков были выбраны из условия постоянства ширины канала по дну. Длины находились в диапазоне от 50 до 1600 м. Уклон дна русла канала изменялся от положительного до отрицательного значения. Отметки дна ГВК были ниже отметок уровня Азовского моря (-3,34 и -3,06 м). Натурные исследования выполнялись на 21 участке головного водосбросного коллектора.
Оценка влияния рисовой оросительной системы на мелиоративное состояние сельскохозяйственных земель
К антропогенным факторам, влияющих на подтопление сельскохозяйст венных земель, относятся режимы эксплуатации оросительных каналов и кол лекторов (МОК, МІЖ, Р-10, Р-11, Р-12, К-10, К-12 и др.), которые обеспечива ют пропуск паводковых и сбросных расходов. Для проведения исследований был выбран наиболее типичный рисовый участок агроландшафта, имеющий потенциальную возможность подтопления при работе самотечного коллектора СК-1 и высоких уровнях в Кирпильском лимане. Этот участок находится между коллекторами МОК и К-10, пересекающий МПК в районе узла 37. На орошаемом массиве общей площадью 3867 га размещено три хозяйства: ООО " Кубанский хуторок ", ООО "Заря-2" и сельскохозяйственная артель "Рассвет". При выборе объекта исследований учитывалась близость магистральных и распределительных оросительных каналов 1 порядка МПК, Р-6, Р 10, Р-11, Р-12, Р-13 и главных коллекторов ДГК, МОК, К-10, К-12 к орошаемо му массиву. По плану севооборота в хозяйствах 2002-03 г.г. рис не возделы вался. Это позволяло установить положение уровня грунтовых вод на участке, и связь орошаемого массива с уровнями воды в оросителях и коллекторах РОС. Для проведения мониторинга уровня фунтовых вод на участке был вы бран контрольный створ от коллектора К-10 через МПК к МОК, проложенный параллельно распределительным каналам Р-10 и Р-11. На рисунке 2.2 представ лен ситуационный план, где показаны места закладки наблюдательных скважин 6-16, и структура посевов. Контрольный створ был удален от распределителей Р-10 и Р-11 на 500 м в целях исключения непосредственного влияния на УГВ депрессионной кривой этих каналов. Принятое расположение наблюдательных скважин позволяет изучить динамику грунтовых вод. Нумерация наблюдательных скважин была начата в 2001 г., поэтому первая наблюдательная скважина участка имеет порядковый номер 6. Для определения абсолютной отметки уровня грунтовых вод по трассе створа выполнен нивелирный ход и определены отметки поверхности земли у каждой скважины.
Скважины бурились буром Неговелова в период, когда уровень грунтовых вод был на самой низкой отметке от поверхности земли. Глубина наблюдательных скважин была установлена на 0,3 м ниже уровня грунтовых вод и составляла 2,0-3,0 м. Одной из основных задач является исследование значимых факторов, формирующих высокое положение УГВ, влияющих на подтопления сельскохозяйственных земель. К числу доминирующих факторов следует отнести: - подпитку ГВ из оросительной сети РОС; - подпор со стороны сбросной сети и водоприемников; - атмосферные осадки. На рисунках 4.1 и 4.2 показаны профили трасс МПК - МОК и МПК - К-10 до выполнения комплексных мелиорации с расположением наблюдательных скважин, отражающие характер морфологии исследуемых массивов и положения уровней в Кирпильском лимане, главных коллекторах и оросителе МПК, грунтовых вод. Исследования проводились в 2001-2004 г.г. Профили (рисунки 4.1 и 4.2) содержат единовременный срез уровней по скважинам в вегетационный периода риса. Отметки уровней в скважинах определяют положение кривой уровня грунтовых вод. Имеются аналогичные профили после выращивания риса для осеннего периода. На рисовом массиве по трассе между МПК и К-10 были пробурены СКВ 6-10, на трассе МПК - К-10 пробурены СКВ 11-16, где проводился мониторинг УГВ. На профиле трассы МПК - К-10 (рисунок 4.1) отмечается закономерное снижение уровня грунтовых вод от МПК к коллектору К-10. При уровне в МПК 4,73 м уровень в К-10 не превышал -1,96 м.
При этом уровень в Кирпильском лимане был 0,72 м. Как видно из мелиоративной обстановки на орошаемом массиве, рисовые поля, примыкающие к коллектору К-10, нуждаются в проведении комплексных мелиорации. Посевы яровых культур на полях между скважинами 7 и 8 оказались подтопленными. В наблюдательном створе между скважинами 6-10 кривая УГВ имеет прямой уклон, который направлен в сторону К-10. Формирование уклона обусловлено уровнем в МПК и отводом сбросных вод К-10. По трассе МПК - МОК (рисунок 4.2) кривая УГВ на участках между скважинами имеет прямой и обратный уклон в сторону МОК. В пределах рисового массива (СКВП-13) кривая УГВ формируется за счет влияния уровня МПК и имеет положительный уклон. Уровень понижается от 4,73 до 0,74 м. Уклон УГВ здесь равен 0,00314. Эта закономерность объясняется развитой дренажной сетью рисового массива. Отсутствие дренажной сети на не рисовом массиве между СКВ 13-16 отражается на положении УГВ. Отмечается подъем УГВ между СКВ 13 и 15, где в понижениях рельефа на высоких участках произошло подтопление сельскохозяйственных земель. Размер площади подтопления составил около 240 га. Участок массива вблизи МОК (ПК29-ПКЗЗ) подвержен длительному переувлажнению. В процессе исследований здесь отмечалось скопление поверхностных вод и наличие болотной растительности. На этом же участке отмечено смыкание поверхностных и грунтовых вод. Обратный уклон депрессионной кривой оставил-0,000217. Следовательно, на данном массиве, который характеризуется относительно высокими отметками поверхности земли необходимо применить щелевой дренаж, а между скважинами 13 и 14 кротовый дренаж, направленный в сторону коллектора К-0-10-2. И для ускоренного отвода грунтовых вод необходима расчистка коллекторов младшего порядка от водной растительности. Особо выделим тот факт, что грунтовые воды на исследуемом массиве носят напорный характер. При бурении всех скважин имел место переуплотненный глинистый водоупорный пласт на глубине от 1 до 3 м. После прохождения, которого появлялась грунтовая вода и в течение 10-30 мийут поднималась на 0,2 — 0,8 м и затем происходила стабилизация УГВ. На наш взгляд, такая структура почвенного профиля массива требует применения агромелиоративных мероприятий для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления и негативно отражается на водно-воздушном режиме почв. Наличие водоупорного пласта способствует застою поверхностной влаги осадков в верхних слоях почвы. А напорный характер фунтовых вод способствует переувлажнению плодородного слоя со стороны нижележащих водоупорных массивов, что приводит к вторичному засолению почв. Результаты исследований динамики УГВ на массиве в СКВ 6-16 приведены за 2002-04 г.г. на рисунках 4.3-4.6. В результате обработки опытных данных видно, что на УГВ в большей степени оказывают осадки, чем изменение уровня в сети оросительных каналов РОС. Подъем уровня ГВ в СКВ отмечается при выпадении осадков на территории. Эта закономерность прослеживается при наложении графиков динамики уровней в СКВ и осадков.
